II. Соединения углерода.

1) Оксиды.

Оксид углерода (II).

Оксид углерода (II) несолеобразующий оксид. Очень ядовит!

В лаборатории получают действием концентрированной серной кислоты на муравьиную кислоту:

НСООН CO + H₂O

Химическая активность угарного газа крайне мала. При обычных условиях он не реагирует ни с водой, ни с кислотами, ни со щелочами. При высоких температурах вступает в окислительно-восстановительные реакции в роли восстановителя.

СО горит синим пламенем:

2СO + O₂ = 2CO₂

Восстанавливает металлы из их оксидов:

3CO + Fe₂O₃ = 2Fe + 3CO₂

СО + CuO = Cu + CO₂

СО + NiO = Ni + CO₂

Взаимодействует с парами воды:

CO + H₂O ↔ CO₂ + H₂

В присутствии катализатора или при облучении СО окисляется хлором, образуя ядовитый газ фосген:

CO + Cl₂ = COCl₂

СО окисляется пероксидом натрия:

CO + Na₂O₂ = Na₂CO₃

При нагревании с водородом при повышенном давлении образуется метиловый спирт:

CO + 2H₂ ↔ CH₃OH

При пропускании СО в расплав щелочи при высоком давлении образуется соль (формиат натрия) в результате протекания окислительно-восстановительной реакции:

CO + NaOH = HCOONa

Оксид углерода (IV).

Как кислотный оксид взаимодействует с водой (реакция обратима), основными оксидами и растворами щелочей:

CO₂ + H₂O ↔ H₂CO₃

CO₂ + CaO = CaCO₃

CO₂ + 2NaOH _{(избыток)} = Na₂CO₃ + H₂O

CO_{2(избыток)} + NaOH = NaHCO₃

При пропускании СО₂ через раствор карбоната образуется гидрокарбонат:

Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O = 2NaHCO₃

В реакциях СО₂ способен выступать только в роли окислителя. При высоких температурах он взаимодействует с углем и с активными металлами:

CO₂ + C = 2CO

CO₂ + 2Mg = 2MgO + C

2CO₂ + 2Na₂O₂ = 2Na₂CO₃ + O₂

Na₂SiO₃ + 2CO₂ + 2H₂O = 2NaHCO₃ + H₂SiO₃↓

2) Соли (карбонаты, гидрокарбонаты).

При нагревании карбонаты (все, кроме карбонатов щелочных металлов и аммония) разлагаются до оксида металла и оксида углерода (IV).

CaCO₃ CaO + CO₂

Карбонат аммония при нагревании разлагается на аммиак, воду и углекислый газ:

(NH₄)₂CO₃ 2NH₃ + 2H₂O + CO₂

Гидрокарбонаты при нагревании переходят в карбонаты:

2NaHCO₃ Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O

Качественной реакцией на ионы СО₃^2─ и НСО₃⁻ является их взаимодействие с более сильными кислотами, последние вытесняют угольную кислоту из солей, а та разлагается с выделением СО₂

Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + CO₂ ↑ + H₂O

NaHCO₃ + HCl = NaCl + CO₂ ↑ + H₂O

При смешивании растворов будет происходить гидролиз и по аниону слабой кислоты и по катиону слабого основания:

3Na₂CO₃ + 2FeCl₃ + 3H₂O = 2Fe(OH)₃ + 6NaCl + 3CO₂

Кремний. Соединения кремния.

I. Кремний.

При низких температурах кремний химически инертен, при высоких температурах реагирует как с неметаллами, так и с некоторыми металлами. В большинстве случаев кремний является восстановителем, в реакциях с более сильными восстановителями (активными металлами) выступает в роли окислителя.

При нагревании выше 400°С кремний взаимодействует с кислородом:

Si + O₂ = SiO₂

При взаимодействии с галогенами (с фтором при комнатной температуре), при нагревании с хлором, бромом, иодом образуются галогениды кремния:

Si + 2Cl₂ = SiCl₄

Si + 2Br₂ = SiBr₄

При температуре выше 600°С взаимодействует с серой:

Si + 2S = SiS₂

При температуре около 2000°С кремний соединяется с углеродом с образованием карбида кремния (карборунда):

Si + С = SiС

При взаимодействии с активными металлами образуются силициды металлов:

Si + 2Mg = Mg₂Si

Si + 2Са = Са₂Si

Si + 2MgO = Mg₂Si + 2SiO

Силициды щелочных, щелочноземельных металлов и магния разлагаются водой, щелочами и разбавленными кислотами с образованием силана:

Mg₂Si + 4H₂O = 2Mg(OH)₂ + SiH₄↑

2Ca₂Si + 4NaOH + 10H₂O = 2Na₂SiO₃ + 4Ca(OH)₂ + SiH₄↑

Mg₂Si + 4HCl = 2MgCl₂ + SiH₄↑

В водных растворах щелочей кремний растворяется с образованием солей кремниевой кислоты:

Si + 2NaOH + H₂O = Na₂SiO₃ + 2H₂

Кремний не взаимодействует с водными растворами кислот, но аморфный кремний растворяется в плавиковой кислоте:

Si + 6HF = H₂[SiF₆] + 2H₂

(Si_(тв.) + 4HF_(г.) = SiF₄ + 2H₂)

Кремний растворяется в смеси концентрированных азотной и плавиковой кислот:

3Si + 4HNO₃ + 12HF = 3SiF₄ + 4NO + 8H₂O

II. Соединения кремния.

1) Оксиды.

Оксид кремния (IV). Как кислотный оксид, SiO₂ при сплавлении взаимодействует с твердыми щелочами, основными оксидами и карбонатами с образованием солей кремниевой кислоты (силикатов):

SiO₂ + 2KOH K₂SiO₃ + H₂O (растворы щелочей также действуют на SiO₂)

SiO₂ + CaO CaCO₃

SiO₂ + K₂CO₃ K₂SiO₃ + CO₂

Взаимодействует с плавиковой кислотой:

SiO₂ + 6HF = H₂[SiF₆] + 2H₂O

При нагревании смеси SiO₂ с углеродом образуется карбид кремния:

SiO₂ + 3С SiС + 2СО

SiO₂ + 2Mg 2MgO + Si

3SiO₂ + Ca₃(PO₄)₂ + 5C 3CaSiO₃ + 5CO + 2P

2) Водородное соединение. Силан.

Силан – ядовитый бесцветный газ. На воздухе силан горит с образованием SiO₂ и H₂O, водой и щелочами разлагаются с выделением водорода:

SiH₄ + 2O₂ = SiO₂ + 2H₂O

SiH₄ + 2H₂O = SiO₂ + 4H₂

SiH₄ + 2NaOH + H₂O = Na₂SiO₃ + 4H₂

3) Тетрахлорид кремния.

SiCl₄ + 3H₂O = H₂SiO₃↓ + 4HCl

SiCl₄ + 2H₂ = Si + 4HCl

Углерод, кремний. Соединения углерода и кремния.

1. Газы, которые выделяются при нагревании угля в концентрированной азотной и серной кислотах, смешали друг с другом. Продукты реакции пропустили через известковое молоко. Напишите уравнения описанных реакций.

2. Негашеную известь «погасили» водой. В полученный раствор пропустили газ, который выделяется при нагревании гидрокарбоната натрия, при этом наблюдали образование и последующее растворение. Напишите уравнения описанных реакций.

3. Газ, образовавшийся при сгорании кокса, длительное время соприкасался с раскаленным углем. Продукт реакции последовательно пропустили через слой железной руды и негашеную известь. Напишите уравнения описанных реакций осадка.

4. Одно из веществ, образующихся при сплавлении оксида кремния с магнием, растворяется в щелочи. Выделяющийся газ ввели в реакцию с серой, а продукт их взаимодействия обработали хлором. Напишите уравнения описанных реакций.

5. Силицид магния обработали раствором хлороводородной кислоты и выделяющийся газ сожгли. Твердый продукт реакции смешали с кальцинированной содой, смесь нагрели до плавления и выдержали некоторое время. После охлаждения продукт реакции (используется под названием «жидкое стекло») растворили в воде и обработали раствором серной кислотой. Напишите уравнения описанных реакций.

6. Хлорид кремния (IV) нагрели в смеси с водородом. Продукт реакции смешали с магниевым порошком, нагрели и обработали водой, одно из образующихся веществ самовоспламеняется на воздухе. Напишите уравнения описанных реакций.

7. Силицид магния обработали раствором соляной кислоты, продукт реакции сожгли, образовавшееся твердое вещество смешали с кальцинированной содой и нагрели до плавления. После охлаждения расплава его обработали водой и к полученному раствору добавили азотную кислоту. Напишите уравнения описанных реакций.

8. Магниевый порошок смешали с кремнием и нагрели. Продукт реакции обработали холодной водой, и выделяющийся газ пропустили через горячую воду. Образовавшийся осадок отделили, смешали с едким натром и нагрели до плавления. Напишите уравнения описанных реакций.

9. Кремний сожгли в атмосфере хлора. Полученный хлорид обработали водой. выделившийся при этом осадок прокалили. Затем сплавили с фосфатом кальция и углем. Напишите уравнения описанных реакций.

10. Вещество, образующееся при сплавлении магния с кремнием обработали водой, в результате образовался и выделился бесцветный газ. Осадок растворили в соляной кислоте, а газ пропустили через раствор перманганата калия, при этом образовались два нерастворимых в воде бинарных вещества. Напишите уравнения описанных реакций.

11. Продукт взаимодействия кремния с хлором легко гидролизуется. При сплавлении твердого продукта гидролиза как с каустической, так и кальцинированной содой образуется жидкое стекло. Напишите уравнения описанных реакций.

12. Углерод сожгли в избытке кислорода, образовавшийся газ пропустили над оксидом меди (II). Полученное вещество сплавили с серой, а продукт этой реакции сожгли в кислороде. Напишите уравнения описанных реакций.

13. Кремний сожгли в кислороде. Продукт реакции сплавили с карбонатом натрия, образовавшееся вещество обработали избытком соляной кислоты при нагревании. Осадок отфильтровали, а к фильтрату добавили раствор нитрата серебра. Напишите уравнения описанных реакций.

14. Кремний растворили в концентрированном растворе гидроксида натрия. Через полученный раствор пропустили углекислый газ. Выпавший осадок отфильтровали, высушили и разделили на две части. Первую растворили в плавиковой кислоте, вторую сплавили с магнием. Напишите уравнения описанных реакций.

Углерод, кремний. Соединения углерода и кремния.

1. C + 2H₂SO_4(конц.) = CO₂↑ + 2SO₂↑ + 2H₂O

C + 4HNO_3(конц.) = CO₂↑ + 4NO₂↑ + 2H₂O

SO₂ + NO₂ = SO₃ + NO

SO₃ + Ca(OH)₂ = CaSO₄↓ + H₂O

CO₂ + Ca(OH)₂ = CaCO₃↓ + H₂O

2. CaO + H₂O = Ca(OH)₂

2NaHCO₃ Na₂CO₃ + CO₂ ↑ + H₂O

CO₂ + Ca(OH)₂ = CaCO₃↓ + H₂O

CaCO₃ + CO₂ + H₂O = Ca(HCO₃)₂

3. С + O₂ = CO₂

CO₂ + C = 2CO

Fe₂O₃ + 3CO = 2Fe + 3CO₂ или

Fe₃O₄ + 4CO = 3Fe + 4CO₂

СаО + СО₂ = СаСО₃

4. SiO₂ + 2Mg = 2MgO + Si

Si + 2NaOH + 2H₂O = Na₂SiO₃ + 2H₂↑

H₂ + S = H₂S

H₂S + Cl₂ = 2HCl + S↓

5. Mg₂Si + 4HCl = 2MgCl₂ + 2SiH₄↑

SiH₄ + 2O₂ = SiO₂ + 2H₂O

SiO₂ + Na₂CO₃ = Na₂SiO₃ + CO₂↑

Na₂SiO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + H₂SiO₃↓

6. SiCl₄ + 2H₂ = Si + 4HCl

Si + 2Mg = Mg₂Si

Mg₂Si + 4H₂O = 2Mg(OH)₂↓ + SiH₄↑

SiH₄ + 2O₂ = SiO₂↓ + 2H₂O

7. Mg₂Si + 4HCl = 2MgCl₂ + 2SiH₄↑

SiH₄ + 2O₂ = SiO₂ + 2H₂O

SiO₂ + Na₂CO₃ = Na₂SiO₃ + CO₂↑

Na₂SiO₃ + 2HNO₃ = 2NaNO₃ + H₂SiO₃↓

8. Si + 2Mg = Mg₂Si

Mg₂Si + 4H₂O _(холл.) = 2Mg(OH)₂↓ + SiH₄↑

SiH₄ + 2H₂O _(гор.) = SiO₂ + 4H₂

SiO₂ + 2NaOH = Na₂SiO₃ + H₂O

9. Si + 2Cl₂ = SiCl₄

SiCl₄ + 3H₂O = H₂SiO₃↓ + 4HCl

H₂SiO₃ SiO₂ + H₂O

3SiO₂ + Ca₃(PO₄)₂ + 5C 3CaSiO₃ + 5CO + 2P

10. Si + 2Mg = Mg₂Si

Mg₂Si + 4H₂O _(холл.) = 2Mg(OH)₂↓ + SiH₄↑

Mg(OH)₂ + 2HCl = MgCl₂ + 2H₂O

3SiH₄ + 8KMnO₄ = 8MnO₂↓ + 3SiO₂↓ + 8KOH + 2H₂O

11. Si + 2Cl₂ = SiCl₄

SiCl₄ + 2H₂O = SiO₂↓ + 4HCl

SiO₂ + 2NaOH = Na₂SiO₃ + H₂O

SiO₂ + Na₂CO₃ = Na₂SiO₃ + CO₂↑

12. 2С + O₂ = 2CO

CO + CuO = Cu + CO₂

Cu + S = CuS

2CuS + 3O₂ = 2CuO + 2SO₂

13. Si + O₂ = SiO₂

SiO₂ + Na₂CO₃ = Na₂SiO₃ + CO₂

Na₂SiO₃ + 2HCl = 2NaCl + SiO₂↓ + H₂O

NaCl + AgNO₃ = AgCl↓ + NaNO₃

14. Si + 2NaOH + 2H₂O = Na₂SiO₃ + 2H₂↑

Na₂SiO₃ + CO₂ = Na₂CO₃ + SiO₂↓

SiO₂ + 4HF = SiF₄ + 2H₂O

SiO₂ + 2Mg = Si + 2MgO

V A группа (азот, фосфор)

Азот. Соединения азота.

I. Азот.

В лаборатории получают разложением нитрита аммония:

NH₄NO₂ N₂ + 2H₂O

NaNO₂ + NH₄Cl N₂ + NaCl + 2H₂O

В обычных условиях азот не реагирует ни с металлами (за исключением лития – с ним N₂ взаимодействует при комнатной температуре), ни с неметаллами. При нагревании химическая активность азота повышается.

При взаимодействии с металлами образуются нитриды металлов:

N₂ + 6 Li = 2Li₃N

N₂ + 6 Na 2Na₃N

N₂ + 3Mg Mg₃N₂

N₂ + 2Al _{(порошок)} 2AlN

Нитриды щелочных и щелочноземельных металлов легко разлагаются водой и растворами кислот:

Li₃N + 3H₂O = 3LiOH + NH₃

Ca₃N₂ + 6HCl = 3CaCl₂ + 2NH₃

C неметаллами азот взаимодействует только в специальных условиях – при высокой температуре, давлении, в присутствии катализатора или при пропускании сильного электрического разряда:

N₂ + 3H₂ 2NH₃

N₂ + O₂ 2NO

N₂ + 3LiH Li₃N + NH₃

II. Соединения азота.

1) Аммиак.

Наиболее энергично аммиак реагирует с хлором и бромом, оксидами некоторых металлов, а также (при поджигании смеси или в присутствии катализатора) с кислородом:

2NH₃ + 3Cl₂ = N₂ + 6HCl

2NH₃ + 3CuO = 3Cu + N₂ + 3H₂O

4NH₃ + 3O₂ = 2N₂ + 6H₂O

4NH₃ + 5O₂ 4NO + 6H₂O

Пероксид водорода также окисляет аммиак до азота:

2NH₃ + 3H₂O₂ = N₂ + 6H₂O

За счет атомов водорода в степени окисления +1 аммиак может выступать в роли окислителя, например в реакциях с щелочными, щелочноземельными металлами, магнием и алюминием:

2NH₃ + 2Na = 2NaNH₂ + H₂ (Na₂NH, Na₃N)

2NH₃ + 2Al = 2AlN + 3H₂

Растворение аммиака в воде сопровождается химическим взаимодействием с ней:

NH₃ + H₂O ↔ NH₃ ∙ H₂O ↔ NH₄⁺ + OH⁻

При взаимодействии с кислотами образуются соли аммония:

NH₃ + HCl = NH₄Cl

NH₃ + H₂SO₄ = NH₄HSO₄

2NH₃ + H₂SO₄ = (NH₄)₂SO₄

При взаимодействии аммиака с углекислым газом образуется карбамид (мочевина):

2NH₃ + CO₂ = (NH₂)₂CO + H₂O

Аммиак вступает в реакции комплексообразования:

6NH₃ + CuCl₂ = [Cu(NH₃)₆]Cl₂

4NH₃ + Cu(OH)₂ = [Cu(NH₃)₄](OH)₂

2) Соли аммония.

Все соли аммония проявляют общие свойства солей (взаимодействуют с растворами кислот, щелочей и других солей), а также подвергаются гидролизу и разлагаются при нагревании:

NH₄Cl + KOH = KCl + NH₃ + H₂O (качественная реакция на NH₄⁺)

(NH₄)₂SO₄ + Ba(NO₃)₂ = 2NH₄NO₃ + BaSO₄↓

NH₄⁺ + HOH ↔ NH₃ ∙ H₂O + H⁺

NH₄HS + 3HNO₃ = S + 2NO₂ + NH₄NO₃ + 2H₂O

Если соль не содержит аниона-окислителя, то разложение проходит без изменения степени окисления атома азота:

NH₄Cl NH₃ + HCl

NH₄HCO₃ NH₃ + CO₂ + H₂O

(NH₄)₂SO₄ NH₄HSO₄ + NH₃

NH₄HS NH₃ + H₂S

Если соль содержит анион-окислитель, то разложение сопровождается изменением степени окисления атома азота иона аммония:

NH₄NO₂ N₂ + 2H₂O

NH₄NO₃ = N₂O + 2H₂O (190 – 245° C)

2NH₄NO₃ = 2NO + 4H₂O (250 – 300° C)

2NH₄NO₃ = 2N₂ + O₂ + 4H₂O (выше 300° С)

(NH₄)₂Cr₂O₇ Cr₂O₃ + N₂ + 4H₂O

3) Оксиды азота.

N₂O

В нормальных условиях N₂O химически инертен, при нагревании проявляет свойства окислителя:

N₂O + H₂ = N₂ + H₂O

N₂O + Mg = N₂ + MgO

N₂O + 2Cu = N₂ + Cu₂O

3N₂O + 2NH₃ = 4N₂ + 3H₂O

N₂O + H₂O + SO₂ = N₂ + H₂SO₄

При взаимодействии с сильными окислителями N₂O может проявлять свойства восстановителя:

5N₂O + 3H₂SO₄ + 2KMnO₄ = 10NO + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 3H₂O

NO NO ядовит!

В лаборатории получают взаимодействием 30%-ной азотной кислоты с некоторыми металлами:

3Cu + 8HNO₃ = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

Также NO можно получить по реакциям:

FeCl₂ + NaNO₃ + 2HCl = FeCl₃ + NaCl + NO + H₂O

2HNO₃ + 2HI = 2NO + I₂ + 2H₂O

На воздухе NO практически мгновенно окисляется до NO₂

2NO + O₂ = 2NO₂

По отношению к галогенам, озону также проявляет свойства восстановителя:

2NO + Cl₂ = 2NOCl

NO + O₃ = NO₂ + O₂

В присутствии более сильных восстановителей проявляет свойства окислителя:

2NO + 2H₂ = N₂ + 2H₂O

2NO + 2SO₂ = 2SO₃ + N₂

N₂O₃

Кислотный оксид. Ангидрид азотистой кислоты. При взаимодействии с водой дает азотистую кислоту:

N₂O₃ + H₂O ↔ 2HNO₂

При взаимодействии с растворами щелочей образуются нитриты:

N₂O₃ + 2NaOH = 2NaNO₂ + H₂O

NO₂

Очень ядовит! Для NO₂ характерна высокая химическая активность: он взаимодействует с неметаллами (фосфор, уголь, сера горят в оксиде азота (IV), оксид серы (IV) окисляется до оксида серы VI)). В этих реакциях NO₂ – окислитель:

2NO₂ + 2S = N₂ + 2SO₂

2NO₂ + 2C = N₂ + 2CO₂

10NO₂ + 8P = 5N₂ + 4P₂O₅

NO₂ + SO₂ = SO₃ + NO

Растворение NO₂ в воде приводит к образованию азотной и азотистой кислот:

2NO₂ + H₂O = HNO₃ + HNO₂

Поскольку азотистая кислота неустойчива, то при растворении NO₂ в теплой воде образуются HNO₃ и NO:

3NO₂ + H₂O = 2HNO₃ + NO

При нагревании:

4NO₂ + 2H₂O = 4HNO₃ + O₂

Если растворение NO₂ в воде проводить в избытке кислорода, то образуется только азотная кислота:

4NO₂ + 2H₂O + O₂ = 4HNO₃

При растворении в щелочах – нитраты и нитриты:

2NO₂ + 2NaOH = NaNO₃ + NaNO₂ + H₂O

4NO₂ + 2Ca(OH)₂ = Ca(NO₂)₂ + Ca(NO₃)₂ + 2H₂O

В присутствии кислорода – нитраты:

4NO₂ + 4NaOH + O₂ = 4NaNO₃ + 2H₂O

N₂O₅

Кислотный оксид. Ангидрид азотной кислоты.

Растворяется в воде с образованием азотной кислоты:

N₂O₅ + H₂O = 2HNO₃

в щелочах – с образованием нитратов:

N₂O₅ + 2NaOH = 2NaNO₃ + H₂O